Los investigadores del Laboratorio de Biología Sintética del Instituto ai2 (SB2CLab-UPV) han iniciado el proyecto BIODYNAMICS, que trabaja en el diseño de sistemas dinámicos de regulación metabólica codificados genéticamente. El objetivo de estos sistemas es conseguir que las células adapten de forma autónoma sus respuestas al entorno, garantizando, de este modo, los requisitos de títulos, tasas y rendimiento de la producción de sustancias de interés en sectores como el farmacéutico o el alimentario.
Una de estas sustancias, que BIODYNAMICS usará como prueba de concepto, es la naringinina, de la familia de los fenilpropanoides. Los productos de esta familia se usan precisamente en la industria farmacéutica, nutracéutica, cosmética o en aditivos para alimentación. Tradicionalmente, la naringinina se produce bien a partir de la extracción de plantas o por síntesis química. “Ambos métodos implican ciertas complicaciones y desventajas, de ahí el interés en producirla a partir de factorías celulares, que permiten obtenerla de forma más sostenible”, explica Jesús Picó, investigador del SB2CLab del Instituto ai2.
Células autónomas y adaptables a la producción
BIODYNAMICS (Regulación dinámica multiescala en ingeniería metabólica: control realimentado y ciclo DBTL automatizado), que arrancó en septiembre y durará tres años, quiere aportar soluciones innovadoras para la bioproducción sostenible y dar un paso más en el diseño e implementación de las fábricas microbianas o celulares, que permitirán crear compuestos de base biológica de forma optimizada y que se plantean como una alternativa a muchos procesos de producción actuales.
Concretamente, el proyecto se centrará en estudiar el problema del control dinámico en ingeniería metabólica. El SB2CLab-UPV trabajará en el diseño basado en modelos de los mecanismos genéticos de regulación dinámica de rutas metabólicas considerando la asignación de recursos celulares; en los métodos de aprendizaje automático e identificación para el control para la selección y caracterización estandarizada de componentes genéticos; la construcción automatizada de dispositivos y circuitos genéticos, y la realización de pruebas experimentales y validación de diversos casos relevantes.
Robot Opentrons
Una de las patas del proyecto será el nuevo robot Opentrons, que ha llegado este mes a los laboratorios del ai2. Se trata de tecnología avanzada para la automatización de los procesos de mezcla con pipetas y, por tanto, todo un aliado en este tipo de investigaciones. Picó explica que este nuevo equipamiento ayudará a automatizar los procesos de construcción de microorganismos modificados genéticamente. “El robot nos permite automatizar los procesos de mezclas, adición de reactivos, disoluciones, etc. realizados con pipetas e imprescindibles en el ciclo de trabajo del ensamblado de construcciones genéticas”, una etapa del ciclo de diseño-construcción-test-aprendizaje que manualmente conlleva varios meses de trabajo, puntualiza el investigador. “Gracias al robot podremos reducir mucho ese tiempo y paralelizar parte del trabajo“, asegura, “cosa que nos permitirá acelerar la construcción de circuitos genéticos de regulación de la producción de metabolitos y aumentar la cantidad de diseños sobre los que aplicar la posterior fase de test y aprendizaje de esos procesos”, añade.
El proyecto BIODYNAMICS está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y en él participan, junto con los investigadores del Instituto ai2 de la UPV, investigadores del CSIC, la empresa americana Raytheon BBN Technologies y el Imperial College de Londres, entre otros. Por otro lado, cuenta con el respaldo de las empresas biotecnológicas SilicoLife y ADM-Biopolis, ambas con una fuerte implantación internacional en el área de diseño y desarrollo de microorganismos optimizados e ingeniería metabólica computacional, así como enfoques de biología sintética para aplicaciones de biotecnología industrial y relacionadas con la salud.